基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法与流程

本发明涉及自动化领域，是一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法。

背景技术：
焊接是一种常用的制造工艺及技术，而堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零部件的制造、修复和表面改性技术。在实际堆焊过程中，基本都要求工件待焊部位表面平整，当工件表面形状复杂，如存在曲面时，传统堆焊工艺无法直接适用，而且堆焊过程的自动化程度较低，需要人工实时调整才能保证堆焊工作的进行。为解决复杂曲面条件下堆焊的技术难点，提出一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，对进一步推动堆焊工艺的自动化有积极作用。

技术实现要素：
为了解决现有技术存在的不足，更好的推动堆焊工艺的自动化发展，针对目前堆焊生产线上，存在复杂曲面工件的堆焊只能通过人工操作的方式，从而产生的堆焊效果较差、堆焊层质量厚度达不到要求等问题，提出一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，其系统控制框图如图1所示：该方法采样的系统机构包括：磁控旋转电弧传感器、分向区间传感器、运算控制器、位置补偿控制器、四轴联动焊机；该方法通过分向区间传感器划分采样区间和位置方向，根据磁控电弧传感器采集焊接电流，运算控制器计算出平均电流最小的采样组对应的方向，四轴联动焊机控制焊枪始终沿平均电流最小即曲面水平高度较低的方向焊接，后续循环采样和定位的过程，当采样区间的平均电流变化波动小于或等于参考区间时，当前曲面的堆焊完成。通过不断焊接填补曲面的不平整处直到整个曲面的完全堆焊平整；同时位置补偿控制器保证在曲面高低不同处电弧稳定从而实现有复杂曲面工件的自动堆焊，具体包括以下步骤：第一步：划分采样区间和确定方向信号，并采集参考位置的焊接电流信号磁控旋转电弧传感器安装在焊枪上，带动磁极旋转的电机轴处安装有64的标志点的光码盘，根据磁场控制电弧的运动规律，分向区间传感器将一个采样周期划分为8个采样区间和8个区间方向，同时设定每相邻两个区间作为一个采样组，每个采样组为一个方向信号，该信号的位置在两个区间的中间位置。设置8个光耦用以定位这8个方向信号。当修复工作开始时，先在曲面平整的位置采集一个或多个采样周期的焊接电流信号作为参考数据，经数据处理后确定参考周期平均电流和采样区间平均电流标准差，做为以后续焊接电流信号处理的标准参考数据。第二步：根据参考周期的平均电流信号确定焊枪的高低位置位置补偿控制器根据接受的每个采样周期的采样周期平均电流值类比参考采样周期的平均电流值，在焊丝干伸长不变的情况下，根据旋转电弧弧长和电流经典公式计算处理，换算成等效电弧长度差用以控制焊枪高低位置，以防止在曲面水平高度变化较大时，比如曲面凹陷时发生断弧和曲面凸起时发生撞枪，保证自动堆焊过程中焊接电弧的稳定性。第三步：根据当前采样周期不同采样组的焊接电弧信号确定焊接方向霍尔传感器采集当前采样周期内不同采样区间的平均焊接电流值，采用区间方差分析法，当计算出当前采样周期平均电流方差大于参考周期平均电流方差时，确定平均焊接电流值最小的采样组，定位这个采样组区间对应的方向信号，根据焊接电流和弧长的对应公式，认定此方向朝向曲面水平高度较低的位置，驱动四轴联动焊机控制焊枪沿此方向进行下个周期的焊接采样，保证焊接方向始终朝向曲面水平高度较低处；只有当采样周期各区间平均电流值方差小于或等于参考周期区间平均电流方差时，认定此时曲面近似平整面。随着焊接采样始终向曲面凹陷方向进行，曲面的不平整的位置一直被补偿，一定范围的曲面趋于平整，后续循环此工艺过程直到复杂曲面被全部堆焊平整。本发明的有益效果是：提出一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，该方法通过焊接本身的信号检测曲面不平整位置，通过不断填补复杂曲面的不平整处，最终达到整个曲面的完全堆焊；采用焊接电弧本身的信号，实时性好，多个传感器协调工作，系统稳定性高，工艺的智能化程度高，解决了复杂曲面堆焊的自动化程度不高、生产效率低下、堆焊质量一般和人工成本较大等问题，为自动化堆焊技术的发展奠定了基础。附图说明图1是自动堆焊系统框图图2是自动堆焊工艺流程图图3是分向区间传感器工作原理示意图图4是系统运动模型图实施案例为了更好的表达整个发明的技术方案与有益效果，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。但是，本发明的实施方式不限于此。实施例1本发明基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法如图1所示，包括磁控旋转电弧传感器、分向区间传感器、运算控制器、位置补偿控制器、四轴联动焊机；其中分向区间传感器工作原理如图3所示，将一个旋转采样周期划分8个采样区间和8个区间方向，同时设定每相邻两个区间作为一个采样组，每个采样组为一个方向信号，该信号的位置在两个区间的中间位置。光码盘上安装8个光耦用以定位每个方向信号；如图2所示工作流程中，开始工作时磁控电弧传感器先采集参考周期的焊接电流信号，运算控制器计算出各方向对应区间平均电流，四轴联动焊机控制焊枪始终沿采样组平均电流较小的方向即曲面水平高度较低位置方向焊接，直到各区间平均电流变化波动很小，此时当前区域曲面近似平整，如果还存在别的区域曲面则继续焊接采样过程；如图4所示通过不断填补曲面的不平整处在一定范围改变曲面的表面形貌，最终使整个曲面全部堆焊平整，而且位置补偿控制器可以保证在曲面高低不同处电弧稳定从而实现复杂曲面条件下的自动堆焊。本发明基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法具体实施步骤如下：第一步：划分采样区间和确定方向信号，并采集参考位置的焊接电流信号如图3所示：磁控旋转电弧传感器安装在焊枪上，带动磁极旋转的电机轴处安装有64的标志点的光码盘，根据磁场控制电弧的运动规律，分向区间位置传感器将一个采样周期划分为a、b、c、d、e、f、g和h等8个采样区间，单个周期内，对于的区域平均电流x取值a:h，则可表示为：式中：c是一个采样周期的数据数；n是磁极的旋转周数；s＝c/8。同时设定每相邻两个区间为一个采样组，每个采样组为一个方向信号，该信号的位置在两个区间的中间位置，设置8个光耦用以定位1-8的方向信号。每个采样组的平均焊接电流用表示，可知：参考周期的采样数据就是n＝0时的8个采样数据，参考周期的平均焊接电流平均值用I0表示，第二步：根据参考周期的平均电流信号确定焊枪的高低位置如图4所示，先在曲面平整的位置取采样周期，位置补偿控制器将每个采样周期的平均电流值对比参考采样周期的平均电流值，在焊丝干伸长不变的情况下，根据旋转电弧GMAW焊接系统弧长和电流经典公式计算处理，式中：vn表示采样周期内电流变化速率换算成等效电弧长度差e＝Ln-L0，用以控制焊枪高低位置，以防止在曲面水平高度变化较大时，比如曲面凹陷时发生断弧和曲面凸起时发生撞枪，保证自动堆焊过程中焊接电弧的稳定性。第三步：根据当前采样周期不同采样组的焊接电弧信号确定焊接方向霍尔传感器采集当前采样周期内不同采样区间的平均焊接电流值，运算控制器采用区间方差分析法，将单个采样周期内平均电流用In表示，平均电流方差D(In)可表示为：当采样区间平均电流值方差大于参考周期平均电流方差即D(In)＞D(I0)时，确定8个采样组最小的值，得到平均电流最小的采样组对应的方向信号，根据焊接电流和弧长的对应公式，认定此方向朝向曲面水平高度较低位置，驱动四轴联动焊机控制焊枪沿此方向进行下个周期的焊接采样，保证焊接始终在曲面水平高度较低处；只有当计算的各区间平均电流值方差小于或等于参考周期区间平均电流方差即D(In)≤D(I0)时，认定此时曲面近似平整面，整个过程边焊接边采样，随着焊接始终向曲面水平高度较低进行，曲面不平整的位置一直被补偿，一定范围的曲面趋于平整，循环此工艺过程直到复杂曲面被全部堆焊平整。实施案例2本发明同样适用于复杂形状的工件表面堆焊涂层的自动加工。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下所作出的若干改进，都视为本发明的保护范围。